Ultraheli veearvesti on veearvesti, mis teostab vooluhulga mõõtmist, genereerides ultraheli ergutussignaali ja tuvastades veevoolus leviva ultraheli signaali reaktsiooni. Tavaliselt kasutatav mõõtmispõhimõte põhineb ultraheli levimise ajavahe meetodil, mis kasutab ultrahelilaine edasi- ja tagasilevimise ajavahet voolavas keskkonnas. Mõõtes levimisaega, arvutatakse kindlaksmääratud matemaatilise mudeli järgi vedeliku keskmine voolukiirus ja korrutatakse seejärel torujuhtme ristlõike pindalaga. Arvutatakse vedeliku hetkeline voolukiirus ja kumulatiivne voolukiirus saadud integratsiooni teel.
Ultraheli veearvesti koosneb peamiselt mõõtetorust, ultraheliandurist, mõõteahelast ja kuvaseadmest. Selle tegelikkus on näidatud alloleval joonisel.
Struktuuri põhimõte
1-Mõõtetoru 2-Ultraheli muundur 3-Mõõteahel 4-Mõõteseade
Võtke näitena anduri struktuuri paigutus joonisel 4-2, olgu ülesvoolu ja allavoolu andurite vaheline kaugus L, helikanali (anduri ühendusliini ja mõõtetoru telje vaheline nurk) nurk θ , ja veevool Keskmine voolukiirus on v, ultrahelilainete helikiirus on c, levimisaeg allavoolu suunas on t1 ja levimisaeg ülesvoolu suunas on t2, siis:
t1=L/c pluss vcosθ (4-1)
t2=L/c-vcosθ (4-2)
Valemist (4-1) ja valemist (4-2) saab:
v=L(t2-t1)/2t1t2cosθ (4-3)
Eeldades, et torujuhtme ristlõike pindala on A, saab valemi (4-3) järgi saadud voolukiiruse q saada järgmiselt:
q=A·v (4-4)
Võrrand (4-3) on ideaalne matemaatiline mudel, millel pole helikiirusega mingit pistmist. Kui muunduri paigutus põhjustab ultrahelilaine levimist mittemõõdetavas keskkonnas või kandja voolusuunaga risti olevas suunas, tekib täiendav helikiirusega seotud viivitus, sel ajal on mudel. valemist (4-3) tuleks parandada.
Praktilistes rakendustes on ultraheli veearvestite helikanalite paigutus mitmekesine. Väikesekaliibriliste veearvestite helikanalid on tavaliselt U-kujulised ja suurekaliibrilised veearvestid pole mitte ainult vastupidist tüüpi, nagu on näidatud joonisel 4-2, vaid ka V- või W-kujulised. Peegeldav.
Helikanalite arv ei pruugi olla piiratud ühe paariga. Suure läbimõõduga veearvestites kasutatakse tavaliselt mitut helikanalit, et parandada mõõtmise täpsust ja kohanemisvõimet vooluväljaga. Levinud helikanalite paigutuse kohta vaadake allolevat joonist. Praegu on keskmine voolukiirus iga kanali poolt mõõdetud voolukiiruse funktsioon, mis on üldiselt näidatud järgmises valemis.
Valemis: n on kanalite arv; Wi on i-nda kanali kaalukoefitsient; vi on i-nda kanali mõõdetud voolukiirus.
Valemist (4-3) on näha, et ultraheli veearvesti suudab teoreetiliselt teostada mõõtmist nullvoolust, kuid praktikas piiravad seda siiski mitmed tegurid: Esiteks on ajamõõtmisahelal endal nullpunkti triiv, mille tulemuseks on sujuval voolul äärmiselt madalatel voolukiirustel. Aja mõõtmise viga ja voolu ja tagasivoolu hajumine on suur; teiseks, kulupiirangute tõttu ei saa aja mõõtmise täpsust piisavalt kõrgele saavutada; kolmandaks välise müra häired; neljandaks, ultrahelianduri Drift keskne töösagedus jne.
Väikese vooluhulga mõõtmisvõime parandamiseks suurendavad mõned suure läbimõõduga ultraheli veearvestid voolukiirust, vähendades mõõtetoru ristlõikepindala, et parandada allavoolu ja vastupidise vooluaja mõõtmise täpsust. Mõõtetoru ristlõikepinna vähendamine võib oluliselt parandada väikeste voolude mõõtmisvõimet, kuid toob kaasa ka täiendava rõhukadu.
Ultraheli veearvesti mõõtmisahela põhimõte on näidatud joonisel.
Ultraheli veearvesti mõõteahel on üldiselt konstrueeritud väikese energiatarbimisega ja toiteallikaks on sisseehitatud aku. Mõned veearvestid on konstrueeritud kaugsidefunktsiooni ahelatega, mis võimaldavad andmeedastust kaugsides.
Olenemata side voolutarbimisest suudavad ultraheli veearvestid saavutada mõõtmistingimustes väiksema energiatarbimise ning vahelduva mõõtmise kestust saab juhtida teisel tasemel. Valides sobiva sisseehitatud aku, on võimalik saavutada tööiga 6 aastat või isegi üle 12 aasta.
Ultraheli veearvestitel on järgmised eelised:
①Mõõtmispõhimõte võib teostada kahesuunalist mõõtmist;
② Saab saada laia mõõtmisvahemiku ja Q3/Q on jõudnud 400-ni ja üle selle;
③ Konstruktsioonis ei ole liikuvaid osi ja mõõtetoru läbimõõdu kavandamisel on rõhukadu väga väike.